強制？自然？筐体放熱？密閉筐体の熱計算

密閉筐体での放熱設計の基本

自然空冷の可否判断

小型密閉筐体に15W程度の基板を実装する場合，部品から発生する熱を効率的に筐体へ逃がすことが重要です．消費電力の大半はFETが占め，6個で合計12Wを発熱します．周囲空気温度が60℃の場合，筐体や基板の熱設計を誤ると部品温度が125℃を超えるため，自然空冷だけでは十分な冷却ができません．

自然空冷の可否判断

事前に自然空冷が可能か判断するためには，発熱量，筐体寸法，部品配置を元にシートを活用します．完全壁付けにより筐体に熱を移動させることで，部品温度を抑えられます．壁付けなしでは基板温度が200℃程度まで上昇するため危険です．

1. 筐体への熱移動：15W中13W程度を筐体に逃がす
2. 基板放熱空間：部品周囲四方に29㎜の空間を確保
3. 壁付け効果：部品温度を125℃以下に抑制可能

熱伝導対策とTIM活用

基板上の部品に厚み2㎜，熱伝導率3W/mKのTIMを設置し，筐体上面に接触させることで，部品温度は122℃程度まで低減できます．放熱パッドやTIMの配置により，片面・両面からの放熱が可能となり，局所的な高温部位を効果的に冷却できます．

1. 片面TIM設置：基板上の局所温度を120℃程度に低減
2. 両面TIM設置：上面・下面から放熱し，部品温度117℃程度まで低減
3. 熱回路網法：部品のレイアウトに基づき温度分布を計算

設計時のポイント

筐体放熱では，部品と筐体の接触面積やTIM配置，基板レイアウトが重要です．Excelなどを用いた事前予測により，自然空冷が可能か，強制冷却が必要かを判断できます．部品単体だけでなく，基板全体の熱移動を考慮することで，許容ケース温度125℃を超えない設計が実現できます．

1. 部品レイアウト：高発熱部品を壁付けして筐体に熱移動
2. 放熱パッド/TIM：熱伝導効率を向上させる
3. 温度計算：熱回路網法で基板/筐体温度を評価

〈著：ZEPマガジン〉

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参考文献

1. ［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］ Before After！ ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［KIT］ミリ波5G対応アップ：ダウン・コンバータ，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［VOD］アナログ・デバイセズの電子回路教室【差動信号とその周辺回路設計技術】，ZEPエンジニアリング株式会社．
7. ［VOD］アナログ・デバイセズの電子回路教室【A-D/D-Aコンバータの使い方】，ZEPエンジニアリング株式会社．
8. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
9. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．